CN107291064A - 一种伺服单元安全功能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服单元安全功能测试系统及方法，涉及安全测试领域。所述系统包括：被测电机、NI‑cDAQ测控单元、三轴向测试平台和测试单元，所述测试单元的测试信号输出端与NI‑cDAQ测控单元的测试信号输入端连接，NI‑cDAQ测控单元的测试信号输出端与被测电机的控制信号输入端连接，被测电机的控制信号输出端与三轴向测试平台的控制信号输入端连接；输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；根据输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；根据所述控制指令控制三轴向测试平台的运动。本发明适用于对被测电机进行安全测试。

Description

一种伺服单元安全功能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及安全测试领域，尤其涉及一种伺服单元安全功能测试系统及方法。

背景技术

功能安全型的伺服驱动被广泛地用于各类智能制造领域的安全临界应用(例如汽车制造、智能仓储等)，此类安全伺服单元的安全特征在于除行使一般的伺服驱动功能外，往往需要在发生重大危险事件的瞬间，触发必要的急停功能，通过限制扭矩、转速、位置控制、从而保障范围内人员、资产或环境免受危害影响。因此当发生可能引发危险的事件时，相应的功能必须以极高的确定性触发(高于99.999％)，否则就会造成人员伤亡或损失。但此类安全伺服设备在国内尚无成熟产品。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术问题。

为此，本发明的一个目的在于提出一种伺服单元安全功能测试系统，能够对被测电机触发安全功能的现象进行观测和记录，评价被测电机是否符合标准，从而验证被测电机的安全特性。

本发明的第二个目的在于提出一种伺服单元安全功能测试方法。

为达到上述目的，本发明第一方面提出的一种伺服单元安全功能测试系统，所述系统包括：被测电机、NI-cDAQ测控单元、三轴向测试平台和测试单元，所述测试单元的测试信号输出端与NI-cDAQ测控单元的测试信号输入端连接，NI-cDAQ测控单元的测试信号输出端与被测电机的控制信号输入端连接，被测电机的控制信号输出端与三轴向测试平台的控制信号输入端连接；

测试单元，用于输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；

NI-cDAQ测控单元，用于根据测试单元中输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；

被测电机，用于根据NI-cDAQ测控单元生成的控制指令控制三轴向测试平台运动。

根据本发明所述的伺服单元安全功能测试系统，操作人员可通过测试单元触发被测电机的各项安全功能，通过对被测电机在测试过程中触发安全功能的现象进行观测和记录，评价被测电机是否符合标准的要求，从而验证设备的安全特性。该系统对验证被测电机的安全功能与性能具有很强的实用性；同时NI-cDAQ测控单元中具有多种类型的信号输入输出卡件，因此可支持多种安全型被测电机形成的安全应用，又具有较强的灵活性。

本发明第二方面提出了一种伺服单元安全功能测试方法，所述方法包括：

输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；

根据输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；

根据所述控制指令控制三轴向测试平台的运动。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例所述的伺服单元安全功能测试系统的原理示意图；

图2为本发明实施例所述的NI-cDAQ测控单元与单台伺服驱动单元和伺服电机的详细连接示意图；

图3为本发明实施例所述的测试单元的界面图；

图4为本发明实施例所述的触发STO功能时的实际信号关系示意图；

图5为本发明实施例所述的触发SS1功能时的触发信号时序图；

图6为本发明实施例所述的触发SOS功能时的实际信号发生关系图；

图7为本发明实施例所述的触发SS2功能时的触发信号时序图；

图8为本发明实施例所述的测试单元各个状态之间的转移关系图；

图9为本发明实施例所述的伺服单元安全功能测试方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例提出了一种伺服单元安全功能测试系统，所述系统包括：被测电机、NI-cDAQ测控单元、三轴向测试平台和测试单元，所述测试单元的测试信号输出端与NI-cDAQ测控单元的测试信号输入端连接，NI-cDAQ测控单元的测试信号输出端与被测电机的控制信号输入端连接，被测电机的控制信号输出端与三轴向测试平台的控制信号输入端连接；

测试单元，用于输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；

NI-cDAQ测控单元，用于根据测试单元中输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；

被测电机，用于根据NI-cDAQ测控单元生成的控制指令控制三轴向测试平台运动。

本实施例所述系统在应用时可结合IEC61800-5-2标准，对被测电机所需实现的各项安全功能(安全力矩切断(STO)功能、安全停止1(SS1)功能、安全运行停止(SOS)、安全停止2(SS2)功能、安全制动控制(SBC) 等)进行功能性验证和性能评价这一具体领域。

具体的，本实施例所述的被测电机采用三个伺服驱动单元和三个伺服电机实现，且每个伺服驱动单元对应连接一个伺服电机构成一个控制子单元，每个控制子单元分别控制三轴向测试平台的X轴、Y轴和Z轴的运动。

所述伺服驱动单元是本实施例所述系统中的受试对象。伺服驱动单元的控制一般可采用位置控制、转矩控制和速度控制三种控制方式。在本实施例中选取的测试对象为采用位置控制方式的三菱MR-J4系列伺服，具体型号为 MR-J4-40A，控制方式为模拟信号控制方式。接线时，伺服的位置控制方式配置信号(CN1端口)采用漏极输入输出接法，安全转矩停止(STO)功能接线(CN8端口)采用源极输入输出接法。并将伺服的编码器输出(CN1端口)由差动输出转换为单端输出，送至NI-cDAQ测控单元的NI9361输入端口(计数器卡)或送至NI9472输入端口(DI卡，利用NI-cDAQ测控单元的内部硬件计数器)进行技术。

特别注意的是，本实施例所述的系统只能对采用硬接线方式控制的伺服驱动单元进行测试，总线型伺服产品无法用本系统进行测试。

具体的，本实施例中所述的伺服电机选用的是与伺服驱动单元相匹配的 HG-KR43J型号和HG-KR43BJ型号(带刹车功能)。电机通过专用电缆与伺服驱动单元的CNP3端口连接，电机编码器输出通过专用电缆与伺服驱动单元的CN2接口连接。

具体的，本实施例所述的NI-cDAQ测控单元是由NI-cDAQ-9138嵌入式控制器、8插槽机箱、C系列I/O模块、操作系统和软件组成的一种高性能嵌入式数据采集系统。NI-cDAQ可进行灵活多样的软硬件配置，以满足不同测试应用的需要。在硬件配置层面，利用多种传感器信号采集的调理模块以及各种标准连接件进行自由配置，形成领过多样的I/O配置方案；软件层面，可利用NI LabVIEW设计软件实现高度自由化的图形化编程，降低了编程难度。由于NI-cDAQ测控单元这种极佳的性能和灵活性，并可以独立于外部计算机运行，因此为实现安全伺服的嵌入式测量和记录测试提供了前所未有的支持。

NI-cDAQ-9138嵌入式控制器带有8个独立的NI C系列I/O卡槽。根据驱动伺服所需的信号类型，为NI-cDAQ-9138嵌入式控制器配备了以下I/O 卡件：

1)NI-cRIO-9472，8通道，最大输出电压30V，响应时间100us的源级数字输出(DO)模块；

2)NI-cRIO-9435，4通道，±5V到250VDC，±10V到250VAC，通用漏极 /源级数字输入(DI)模块；

3)NI-cRIO-9481，4通道单刀单掷继电器(SPST)输出模块；

4)NI-cRIO-9477，32通道，8us，5V-60V，漏极数字输出模块(DO)；

5)NI-cRIO-9426，32通道，24V，7us，源级数字输入模块(DO)；

6)NI-cRIO-9263，4通道，100kS/s，16位，±10V同步更新模拟输出模块(AO)；

7)NI-cRIO-9265，4通道，0-20mA，模拟输出模块(AO)；

8)NI-cRIO-9361，8通道，差分/单端式计数器输入模块(CI)。

由于本实施例所述系统的I/O卡件配置方案具备多种电平规范与多种用途的I/O端口，因此可参照特定伺服驱动方式进行接线和编程，驱动任意型号的伺服单元+伺服电机组合。本实施例所述系统以三菱MR-J4系列安全型伺服与HG-KR系列电机作为被测对象。用NI-cDAQ测控单元按照伺服的位置控制模式漏极接法进行驱动，并采集伺服驱动单元与伺服电机的编码反馈信号，实现对该伺服驱动单元与伺服电机的位置控制、编码器反馈信号采集、以及安全功能触发等控制功能。NI-cDAQ测控单元与单台伺服驱动单元与伺服电机的详细连接方式如图2所示，其中，LA/LAR为A相编码器差分输出脉冲，LB/LBR为B相编码器差分输出脉冲，LZ/LZR为Z相编码器差分输出脉冲，A/B相通过相位差表示电机运行方向，Z相脉冲数表示电机运行脉冲数。

具体的，本实施例所述的三轴向测试平台是一个由五支精密直线驱动模组构成的三维单X轴双Y轴双Z轴结构导轨平台。直线驱动模组采用轨梁合一的设计方式，模组上的运动滑块采用封闭式防尘设计，自带润滑装置，在恶劣环境下仍然能够有效保证轴承的使用寿命和精度；模组的侧、底面设螺母槽，可用于模组、拖链、传感器、电机连接板等原件的安装固定，并可沿梁身移动；模组的传动采用高拉伸轻度PU钢丝皮带，弯扭度和直线度 <＝0.03/300mm，保证顺滑平衡；具备多用地脚，方便模组间，模组与机构平台间快速组合。每一轴向导轨可以通过直连(借助联轴器)或者变速(借助减速带)的方式安装一个伺服电机，由三个伺服电机带动各轴向导轨的传动皮带，进而驱动测试平台中心滑块在导轨平台构成的三维结构内运动。

具体的，本实施例所述的测试单元是在Labview下编写的专用测试单元，该软件在NI-cDAQ测控单元上运行，主要完成驱动被测电机、安全功能触发设置、测试控制以及关键测试数据记录等功能，从而对被测电机的安全功能及其性能进行验证。所述测试单元的界面如图3所示。

所述测试单元可以分为如下功能区域：

运动坐标设置模块，用于设置测试过程中三轴向测试平台的三轴运动路径；

测试控制与监视模块，用于对测试操作过程以及测试参数进行监控；

安全位置设置模块，用于设置三轴向测试平台中导轨运行的安全位置，并在偏离所述安全位置时切断电源；

延时设置模块，用于设置三轴向测试平台中导轨运行位置偏离安全位置时切断电源的延时时间。

具体的，所述运动坐标设置模块的主要功能是进行测试前的运动坐标路径设置。最多可以设置六个运动路径坐标点，在测试单元界面上通过一个输入控件组(X/Y/Z三个轴向上的运动坐标输入框)来对运动路径坐标点的位置进行录入。坐标设置的范围为x轴0-600mm，y轴0-800mm，z轴0-500mm。默认情况下只有一个运动坐标输入控件组可见，用户可以通过增设和点击“+ 添加”或“-删除”按键来增加可用的运动坐标输入控件组(但无法超过六组)。还可以增设和点击“向上”/“向下”按键或者鼠标在多个输入控件组中进行选择激活。测试开始后，NI-cDAQ测控单元会驱动伺服驱动单元，伺服驱动单元控制伺服电机带动导轨中心滑块按照设定的运动路径点顺序移动。每组坐标运动位置前面有一个绿色LED指示灯，指示灯前面点亮时这一坐标点是导轨中心滑块的下一个运动目标点。

优选的，所述测试控制与监视模块具体包括：

测试开始子模块，用于触发被测电机控制三轴向测试平台按照运动坐标设置模块设置的运动路径运动；

测试终止子模块，用于触发NI-cDAQ测控单元停止向被测电机发送下一个运动路径坐标点位置的命令，三轴向测试平台停止在当前运动路径坐标点的位置；

测试复位子模块，用于触发NI-cDAQ测控单元向被测电机发送复位命令，使被测电机控制三轴向测试平台回到原点坐标位置后停止；

测试响应时间显示子模块，用于显示测试开始子模块、测试终止子模块以及测试复位子模块从开始触发到动作完成，使三轴向测试平台进入安全状态的响应时间；

坐标位置实时显示子模块，用于显示当前三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标位置；

触发转矩停止功能子模块，用于触发被测电机的转矩停止功能，使处于正常状态下的被测电机立即断电；

触发第一延时功能子模块，用于在触发转矩停止功能子模块触发被测电机的转矩停止功能后，在设定的延时时间后使被测电机断电；

触发运行停止功能子模块，用于判断当前三轴向测试平台的运动路径坐标点位置与安全位置之间的距离，并在触发运行停止功能时，NI-cDAQ测控单元通过被测电机使三轴向测试平台改变原有的运动路径，改为向安全位置运动；

触发第二延时功能子模块，用于当三轴向测试平台到达安全位置时，进行静置监视，当三轴向测试平台偏离安全位置时，将被测电机进行断电操作；

触发制动控制功能子模块，用于在触发转矩停止功能子模块触发时，触发被测电机进行制动；

正向到位与反向到位指示子模块，用于设定三轴向测试平台在X轴、Y 轴和Z轴方向的极限运动位置，并在三轴向测试平台到达所述极限运动位置时进行提示。

具体的，测试控制与监视模块主要功能是进行测试控制与监视，主要的测试控件及其测试功能如下：

(1)测试开始按键：点击该按键测试开始，被测电机将控制导轨按照设置的运动坐标顺序行进。

(2)测试终止按键：点击该按键测试终止，NI-cDAQ测控单元将停止向被测电机发送下一个运动坐标命令，导轨将在运行到当前运动目标点后停止。

(3)测试复位按键：点击该按键后测试终止，NI-cDAQ测控单元将向被测电机发送回到导轨坐标原点的命令，导轨将回到坐标原点后停止；停止后设备恢复至待机状态。

(4)测试响应时间显示控件：该控件会显示从点击各测试按键开始到测试完成，导轨平台进入安全状态的响应时间，以此验证测试单元是否按照规定的时间要求发出了控制信号。

(5)坐标位置实时显示控件组：该控件组由三个显示控件构成，会显示当前导轨在X/Y/Z轴向上的坐标位置(用mm来表示)。

(6)触发安全转矩停止(STO)功能按键：点击该按键后触发STO功能，触发STO功能时的实际信号关系如图4所示，触发伺服驱动单元的STO功能后，正常情况下伺服驱动单元应立即切断伺服电机的供电，从而将伺服电机导向“安全”；此时各轴向上的电机主轴应处于无扭矩输出的状态。由此现象可判断被测电机的STO功能是否正常。

(7)触发第一延时(SS1)功能按键：点击该按键后触发SS1功能，SS1 功能的实质是在增加了延迟时间的STO功能，其触发信号时序关系如图5所示；触发伺服驱动单元的SS1功能后，伺服电机应在规定的时间后切断电机的供电，从而将伺服电机导向“安全”。此时各轴向上的电机主轴也应处于无扭矩输出的状态。通过观察测试响应时间控件可判断伺服驱动单元与伺服电机的SS1功能是否正常。

(8)触发安全运行停止(SOS)功能按键：点击该按键后触发SOS功能，触发SOS功能后测试单元将判断当前导轨的运动坐标位置与安全位置的距离，当伺服电机到达触发SOS功能时的运动坐标目标位置后，测试单元将控制电机放弃原有的运动坐标设定路径，改为向测试单元中设定的安全位置运动。导轨运动至安全位置后，若受外部影响可能脱离此安全位置时，切断伺服电机供电，导向安全状态。该过程的实际信号发生关系如图6所示。通过观察导轨停止时的位置与安全位置的偏差(偏差应小于导轨全行程的0.5％，即x 轴坐标偏差小于4mm，y轴坐标偏差3mm，z轴偏差小于2.5mm)可判断SOS 功能和性能是否达标。

注：经测试，导轨本身的重复定位精度<＝0.05mm，伺服驱动单元接受 NI-cDAQ测控单元发出的脉冲个数来控制伺服电机主轴正向或者反向的转动角度，且正反转的脉冲数参数设置相同，在测试过程中也可监视各轴向上的累计脉冲数。因此如在测试过程中存在定位误差，只能是由于伺服驱动单元与伺服电机的定位误差原因导致，由此可对伺服驱动单元与伺服电机的定位误差进行测试。

(9)触发第二延时(SS2)功能按键：点击该按键后触发SS2功能。SS2 功能的实质是在增加了延迟时间的SOS功能。当伺服电机驱动导轨在一定的延时后开始按照SS2功能的要求到达预定安全位置，并进行静止监视，一旦伺服电机可能离开该安全位置时，触发SOS功能。此时正常的情况下伺服驱动单元应切断伺服电机供电，各轴向上的伺服电机主轴应处于无扭矩输出的状态，各轴向导轨应处于可自由移动的状态。通过观察测试响应时间控件可判断被测电机的SS1功能是否正常，通过观察导轨停止时的位置与安全位置的偏差可判断SOS功能的性能是否达标，否则为异常状态。SS2功能的触发时序如图7所示。

(10)触发安全制动控制(SBC)功能按键：点击该按键后触发SBC功能，SBC功能的主要特点是在触发STO功能的同时，再使得伺服电机的刹车信号有效(只有具备刹车功能的安全型电机支持)，从而对相应的伺服电机进行制动。此时具有SBC功能的伺服电机主轴(z轴)应处于抱死的状态，该伺服电机控制的导轨也应处于不可移动的状态；其他轴向上无制动功能的伺服电机此时应处于无扭矩输出的状态，对应的导轨处于可自动活动的状态。测试人员可根据触发SBC功能后Z轴方向上的导轨是否移动或由于承重的原因自由滑落来判断SBC功能是否达标，当触发SBC功能时，Z轴导轨在承重时由于伺服电机的制动作用，不会自由缓落。而在触发STO等功能时，Z轴导轨在承重时会由于重力影响产生自由缓落，由此可判断SBC功能是否达标。

(11)正向到位(LSN)与反向到位(LSP)指示信号：在各轴向导轨的两个末端都安装有金属接近式感应开关。当导轨滑块移动到导轨两端时，接近开关将产生开关量到位信号。这些到位信号会从NI9472的DI端口上引入 NI-cDAQ测控单元，并由NI-cDAQ测控单元复制该信号从DO端口上输出至伺服驱动单元，伺服驱动单元接收到该信号后，认为伺服电机主轴驱动的设备已经运动到了物理极限位置，应停止伺服电机主轴继续向着该方向转动。据此实现在测试单元上对正/反向行程末端的监视和电机堵转保护。

具体的，所述延时设置模块的主要功能是通过两个旋钮控件来分别设置 SS1和SS2功能的延时时间，默认的延时档位主要有：0秒(无延时)、1.4 秒、2.8秒、5.6秒、9.8秒和30.8秒。这两个旋钮的默认位置都在0秒。

具体的，所述安全位置设置模块主要用于设置触发SOS和SS2功能时的安全位置，内有三轴向上的安全位置坐标设置控件，触发时SOS和SS2安全功能时，伺服电机将控制导轨先行移动到此安全位置，然后再触发静止监视，一旦伺服电机可能偏离安全位置时，切断伺服电机的供电，导向安全状态。

以下本实施例所述的测试单元的状态机和工作流程。本实施例所述的测试单元共有以下几个状态机：

一、初始化状态；

二、待机状态；

三、测试状态；

四、安全状态。

如图8所示为各个状态之间的转移关系图。以下就各个状态之间的转移条件、状态内的工作流程进行详细介绍：

一、初始化状态

初始化完成后系统将脱离初始化状态，进入待机状态。在初始化状态下，测试单元要完成以下工作内容。

1)测试单元UI初始化控制；

在测试单元初始化状态下，测试单元的前面板控件UI均处于被禁止(不可操作)的状态。只有当整个初始化状态完成，进入待机状态后，控件UI 才可以被用户操作。

2)伺服单元初始化；

初始化阶段，需要将各伺服驱动单元上的EM2、STO1、STO2、RES信号置为高电平(24V)，并从NI-cDAQ测控单元的对应输出端口上送出，此后各伺服驱动单元才进入正常待机状态。(三菱MR-J4系列伺服处于正常待机状态的现象是伺服的数码管显示为“P----”，给出脉冲后----部分表示累计接受的正向累计脉冲量，以.----方式显示累计接受的脉冲量为负值)。

3)平台导轨初始化；

在初始化阶段，伺服驱动单元进入正常状态后，测试单元会向各轴向上的伺服驱动单元与伺服电机发送反向运动控制脉冲，使得各轴向导轨向着导轨平台的原点位置移动，当各轴向导轨都运动到反向行程的末端后，表示导轨已经运动到了整个导轨平台的原点位置，此后初始化工作结束。

二、待机状态

待机状态下所做的主要工作为：

1)用户在待机状态下进行测试设置。

初始化完成后整个测试平台进入了待机状态。此时导轨平台中心滑块已经回到了反向行程末端，即坐标原点；测试单元上的UI也都已经处于可操作状态，等待用户设置运动坐标或者给出测试控制命令。伺服驱动单元处于正常工作状态，伺服电机处于停止状态，等待测试开始后，新的控制脉冲来临。

在待机状态下，当用户设定好了运动轨迹坐标、延时设置、安全位置坐标，并点击开始测试按键后，系统将进入测试状态。

三、测试状态

测试状态下所做的主要工作有：

1)进行测试期间的控制和状态监视。

测试开始后，用户可以对测试过程进行控制，可以进行控制测试的开始、停止、复位(从安全状态复位至待机状态)，触发STO、SS1、SOS、SS2等安全功能、通过测试单元监视导轨平台中心滑块的当前位置，监视从测试开始到安全功能触发后到达安全状态的响应时间，监视导轨中心滑块的正/反向行程到位信号。

2)触发安全功能，观察测试现象判定标准符合性

测试开始后，可参考《测试控制与监视区域》章节的描述判断触发安全功能后的现象与IEC61800-5-2标准的符合性。

测试开始后，整个系统的工作状态可分为两个子情况：未触发安全功能的情况和触发安全功能的情况。

未触发安全功能的情况。测试开始后，NI-cDAQ测控单元控制导轨平台的中心滑块按照测试前设定的运动坐标轨迹顺序依次计算相邻两个坐标点在各轴向上的距离差，并将其换算成向着下一位置坐标运动的脉冲量。在到达前一个运动坐标位置后在DO端口上发出该脉冲量，通过控制各轴向伺服电机的进行距离，使得整个导轨平台按照设定的运动坐标轨迹运动。若在整个运动过程中未触发安全功能，则测试完成后导轨平台的中心滑块会停留在设定运动轨迹的最后一个坐标位置上。系统进入了安全状态。

触发安全功能后的情况。若在测试过程中触发了安全功能，则在触发后 cDAQ系统会放弃测试开始前预设的运动轨迹。转而控制伺服与导轨平台按照被触发安全功能要求的方式执行相应的安全动作(各项安全功能的预定动作详见《测试控制与监视区域》这一节)。此后测试人员则可以通过观察测试现象判断伺服被测试的安全功能是否达标。触发安全功能后，系统进入了安全状态。

无论在测试过程中是否触发了安全功能。点击复位按键后，导轨平台中心滑块将返回至导轨坐标原点位置，此后整个系统返回到了待机状态。

四、安全状态

安全状态是在测试过程中触发安全功能后伺服及其导轨平台所处的状态，根据触发安全功能的不同，导轨中心滑块停止的位置可以是安全功能触发时的导轨中心滑块位置，或者是设定的安全位置。在安全状态下，伺服电机处于停止，无扭矩输出的状态或者处于停止，被电机刹车制动的状态。

本实施例所述系统所应用的设备如表1所示：

表1

本实施例所述系统主要用于对功能安全型伺服驱动单元与伺服电机组合的安全功能与性能进行测试验证。由于安全型伺服驱动单元与伺服电机往往用于生产制造过程中具有重大风险的场合，因此需符合IEC61800-5-2《调速电气传动系统--第5-2部分：安全要求—功能》(以下简称IEC61800-5-2) 才能得到用户单位的认可，在市面上销售。IEC61800-5-2要求此类伺服具有一些常规伺服不具备的安全功能，以满足在生产制造过程中产生危险时触发紧急停止功能的需要。目前这种安全型的伺服驱动单元主要都是国外的自动化品牌设计制造的产品，例如三菱的MELSERV0-J4系列伺服，贝加莱的 ACOPOS P3系列伺服，而我国的伺服厂商缺少对应的产品线。此类安全型伺服在高端的机械制造与加工行业(例如汽车制造)中得到了普遍应用，存在较大的市场空间，因此目前已经越来越多地得到国内伺服厂商的重视，我国的重大科研项目也纷纷立项(例如2014年我国重大科技专项04专项中就有一项为《数控系统的功能安全研究》)关注此类伺服产品的研制工作。本实施例所述系统就是解决在此类伺服的研制过程中，缺少安全功能专用测试装置的这一技术领域空白。

对应的，如图9所示，本实施例还提出一种伺服单元安全功能测试方法，所述方法包括：

输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；

根据输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；

根据所述控制指令控制三轴向测试平台的运动。

优选的，所述控制指令控制三轴向测试平台的运动的过程是通过三个伺服驱动单元和三个伺服电机实现的，且每个伺服驱动单元对应连接一个伺服电机构成一个控制子单元，每个控制子单元分别控制三轴向测试平台的X轴、 Y轴和Z轴的运动。

优选的，所述输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程还包括如下步骤：

设置测试过程中三轴向测试平台的三轴运动路径；

对测试操作过程以及测试参数进行监控；

设置三轴向测试平台中导轨运行的安全位置，并在偏离所述安全位置时切断电源；

设置三轴向测试平台中导轨运行位置偏离安全位置时切断电源的延时时间。

其中，设置测试过程中三轴向测试平台的三轴运动路径中还包括如下步骤：设置多个输入控件组对三轴向测试平台的运动路径坐标点的位置进行录入，所述多个运动路径坐标点的位置构成三轴向测试平台的运动路径。

所述对测试操作过程以及测试参数进行监控还包括以下步骤：

控制三轴向测试平台按照运动坐标设置模块设置的运动路径运动；

停止发送下一个运动路径坐标点位置的命令，三轴向测试平台停止在当前运动路径坐标点的位置；

发送复位命令，使三轴向测试平台回到原点坐标位置后停止；

显示三轴向测试平台进入安全状态的响应时间；

显示当前三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标位置；

发送断电信号，使处于正常状态下的三轴向测试平台立即断电；

在发送断电信号后，在设定的延时时间后使三轴向测试平台断电；

判断当前三轴向测试平台的运动路径坐标点位置与安全位置之间的距离，控制三轴向测试平台改变原有的运动路径，改为向安全位置运动；

当三轴向测试平台到达安全位置时，进行静置监视，当三轴向测试平台偏离安全位置时，将三轴向测试平台进行断电操作；

发送断电信号，使处于正常状态下的三轴向测试平台立即断电的同时，触发制动；

设定三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向的极限运动位置，并在三轴向测试平台到达所述极限运动位置时进行提示。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种伺服单元安全功能测试系统，其特征在于，所述系统包括：被测电机、NI-cDAQ测控单元、三轴向测试平台和测试单元，所述测试单元的测试信号输出端与NI-cDAQ测控单元的测试信号输入端连接，NI-cDAQ测控单元的测试信号输出端与被测电机的控制信号输入端连接，被测电机的控制信号输出端与三轴向测试平台的控制信号输入端连接；

测试单元，用于输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；

NI-cDAQ测控单元，用于根据测试单元中输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；

被测电机，用于根据NI-cDAQ测控单元生成的控制指令控制三轴向测试平台运动。

2.根据权利要求1所述的一种伺服单元安全功能测试系统，其特征在于，所述被测电机包括三个伺服驱动单元和三个伺服电机，且每个伺服驱动单元对应连接一个伺服电机构成一个控制子单元，每个控制子单元分别控制三轴向测试平台的X轴、Y轴和Z轴的运动。

3.根据权利要求1或2所述的一种伺服单元安全功能测试系统，其特征在于，所述测试单元包括：

运动坐标设置模块，用于设置测试过程中三轴向测试平台的三轴运动路径；

测试控制与监视模块，用于对测试操作过程以及测试参数进行监控；

安全位置设置模块，用于设置三轴向测试平台中导轨运行的安全位置，并在偏离所述安全位置时切断电源；

延时设置模块，用于设置三轴向测试平台中导轨运行位置偏离安全位置时切断电源的延时时间。

4.根据权利要求3所述的一种伺服单元安全功能测试系统，其特征在于，所述运动坐标设置模块具体还用于设置多个输入控件组对三轴向测试平台的运动路径坐标点的位置进行录入，所述多个运动路径坐标点的位置构成三轴向测试平台的运动路径。

5.根据权利要求4所述的一种伺服单元安全功能测试系统，其特征在于，所述测试控制与监视模块具体包括：

测试开始子模块，用于触发被测电机控制三轴向测试平台按照运动坐标设置模块设置的运动路径运动；

测试终止子模块，用于触发NI-cDAQ测控单元停止向被测电机发送下一个运动路径坐标点位置的命令，三轴向测试平台停止在当前运动路径坐标点的位置；

测试复位子模块，用于触发NI-cDAQ测控单元向被测电机发送复位命令，使被测电机控制三轴向测试平台回到原点坐标位置后停止；

测试响应时间显示子模块，用于显示测试开始子模块、测试终止子模块以及测试复位子模块从开始触发到动作完成，使三轴向测试平台进入安全状态的响应时间；

坐标位置实时显示子模块，用于显示当前三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标位置；

触发转矩停止功能子模块，用于触发被测电机的转矩停止功能，使处于正常状态下的被测电机立即断电；

触发第一延时功能子模块，用于在触发转矩停止功能子模块触发被测电机的转矩停止功能后，在设定的延时时间后使被测电机断电；

触发运行停止功能子模块，用于判断当前三轴向测试平台的运动路径坐标点位置与安全位置之间的距离，并在触发运行停止功能时，NI-cDAQ测控单元通过被测电机使三轴向测试平台改变原有的运动路径，改为向安全位置运动；

触发第二延时功能子模块，用于当三轴向测试平台到达安全位置时，进行静置监视，当三轴向测试平台偏离安全位置时，将被测电机进行断电操作；

触发制动控制功能子模块，用于在触发转矩停止功能子模块触发时，触发被测电机进行制动；

正向到位与反向到位指示子模块，用于设定三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向的极限运动位置，并在三轴向测试平台到达所述极限运动位置时进行提示。

6.一种伺服单元安全功能测试方法，其特征在于，所述方法包括：

输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程；

根据输入的三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程生成相应的控制指令；

根据所述控制指令控制三轴向测试平台的运动。

7.根据权利要求6所述的一种伺服单元安全功能测试方法，其特征在于，所述控制指令控制三轴向测试平台的运动的过程是通过三个伺服驱动单元和三个伺服电机实现的，且每个伺服驱动单元对应连接一个伺服电机构成一个控制子单元，每个控制子单元分别控制三轴向测试平台的X轴、Y轴和Z轴的运动。

8.根据权利要求6或7所述的一种伺服单元安全功能测试方法，其特征在于，所述输入测试过程中三轴向测试平台所要运动的距离和测试操作过程还包括如下步骤：

设置测试过程中三轴向测试平台的三轴运动路径；

对测试操作过程以及测试参数进行监控；

设置三轴向测试平台中导轨运行的安全位置，并在偏离所述安全位置时切断电源；

设置三轴向测试平台中导轨运行位置偏离安全位置时切断电源的延时时间。

9.根据权利要求8所述的一种伺服单元安全功能测试方法，其特征在于，设置测试过程中三轴向测试平台的三轴运动路径中还包括如下步骤：

设置多个输入控件组对三轴向测试平台的运动路径坐标点的位置进行录入，所述多个运动路径坐标点的位置构成三轴向测试平台的运动路径。

10.根据权利要求9所述的一种伺服单元安全功能测试方法，其特征在于，所述对测试操作过程以及测试参数进行监控还包括以下步骤：

控制三轴向测试平台按照运动坐标设置模块设置的运动路径运动；

停止发送下一个运动路径坐标点位置的命令，三轴向测试平台停止在当前运动路径坐标点的位置；

发送复位命令，使三轴向测试平台回到原点坐标位置后停止；

显示三轴向测试平台进入安全状态的响应时间；

显示当前三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向上的坐标位置；

发送断电信号，使处于正常状态下的三轴向测试平台立即断电；

在发送断电信号后，在设定的延时时间后使三轴向测试平台断电；

判断当前三轴向测试平台的运动路径坐标点位置与安全位置之间的距离，控制三轴向测试平台改变原有的运动路径，改为向安全位置运动；

当三轴向测试平台到达安全位置时，进行静置监视，当三轴向测试平台偏离安全位置时，将三轴向测试平台进行断电操作；

发送断电信号，使处于正常状态下的三轴向测试平台立即断电的同时，触发制动；

设定三轴向测试平台在X轴、Y轴和Z轴方向的极限运动位置，并在三轴向测试平台到达所述极限运动位置时进行提示。